МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

КЛЕНДІЙ МИКОЛА БОГДАНОВИЧ

УДК 631.358.42

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПЕРЕВАНТАЖУВАЛЬНОГО ПАТРУБКА ГВИНТОВОГО КОНВЕЙЄРА

05.05.05 – Піднімально-транспортні машини

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тернопіль – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Бережанському агротехнічному інституті Національного аграрного університету Кабінету Міністрів України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Гевко Роман Богданович,

Тернопільський національний економічний університет,

декан факультету аграрної економіки і менеджменту,

завідувач кафедри інженерного менеджменту,

Заслужений винахідник України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Рогатинський Роман Михайлович

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри економічної кібернетики;

кандидат технічних наук, доцент

Серілко Леонід Степанович,

Національний університет водного господарства та природокористування,

доцент кафедри теоретичної механіки.

Провідна установа: Івано-Франківський національний університет нафти і газу,

Міністерство освіти і науки України, кафедра механіки машин,

м. Івано-Франківськ.

Захист відбудеться „16” березня2007 р.о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.03 при Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, 1-й навчальний корпус, зал засідань, аудиторія 79.

З дисертаційною роботою можна ознайомитись у науковій бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий „14” лютого 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Данильченко Л.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. Застосування в гнучких гвинтових конвейєрах перевантажувальних патрубків з центральним приводом технологічних магістралей дозволяє суттєво підвищити експлуатаційну надійність таких засобів механізації для виконання завантажувально-розвантажувальних технологічних операцій.

Однак існуючі конструкції перевантажувальних патрубків не в повній мірі задовольняють експлуатаційні вимоги. Основними їх недоліками є підвищені енерговитрати, які пов’язані з необхідністю піднімання матеріалу в зоні перевантаження для забезпечення його самоплинного пересипання із завантажувальної магістралі на вивантажувальну, а також підвищене пошкодження сипкого матеріалу та складність конструкцій патрубків, особливо при їх значних габаритних розмірах. У відомих конструкціях патрубків, в яких частково вирішені вищезгадані проблеми, суттєво ускладнюється процес перевантаження сипкого матеріалу, а при певних режимах роботи зростає ймовірність виникнення заторів, що призводить до втрати працездатності гвинтового конвейєра.

Тому, актуальним є завдання розробки нових конструкцій перевантажувальних патрубків з відповідними робочими органами та обґрунтування їх раціональних конструктивних, кінематичних і технологічних параметрів, які забезпечують підвищення експлуатаційних показників конвейєрів при зменшенні матеріаломісткості та спрощенні конструкції.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження, що складають основи дисертаційної роботи, виконано відповідно до Державної науково-технологічної програми Міністерства освіти і науки України за напрямком „Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в промисловості, енергетиці та агропромисловому комплексі”. Основні положення роботи увійшли до звіту по темі: „Розробка теоретичних основ та інформаційного забезпечення проектування і використання ресурсоощадних екологічно безпечних аграрних технологічних систем в умовах західного регіону України” Бережанського агротехнічного інституту НАУ (номер держреєстрації 0103004815).

Мета роботи і задачі досліджень. Мета роботи – підвищення експлуатаційних показників перевантажувальних патрубків гвинтових конвейєрів.

Для досягнення мети в роботі поставлені наступні задачі:

- провести аналіз відомих конструкцій гвинтових конвейєрів та зон переведення матеріалу і на їх основі розробити перевантажувальний патрубок зниженої матеріаломісткості та спрощеної конструкції;

- теоретично обґрунтувати геометричні параметри робочого органу та встановити аналітичні залежності для підбору раціональних параметрів похилих плоских лопаток;

- вивести аналітичні залежності для вибору раціональних конструктивних та кінематичних параметрів робочих органів перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра;

- розробити математичну модель руху матеріалу по робочій поверхні похилих плоских лопаток та встановити вплив геометричних і кінематичних параметрів на процес транспортування сипкого матеріалу;

- спроектувати і виготовити експериментальну установку перевантажувального патрубка та комплекти падаючих робочих органів;

- провести комплекс експериментальних досліджень для визначення основних експлуатаційних показників розроблених робочих органів та компоновок перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра;

- розробити методику інженерного розрахунку та проектування перевантажувальних патрубків гвинтового конвейєра.

Об’єкт досліджень: гвинтові конвейєри.

Предмет досліджень: робочі органи, компоновка перевантажувального патрубка та їх параметри.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено із застосуванням методів механіко-математичного моделювання, класичної механіки, числового розв’язку задач із використанням ЕОМ. Експериментальні дослідження проводились за відомими та розробленими методиками на стандартизованому та спеціально сконструйованому і виготовленому обладнанні та приладах. При проведенні експериментальних досліджень застосовувались математичні методи планування експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів.

На основі виведених аналітичних залежностей вперше визначено раціональні конструктивні та кінематичні параметри перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра виходячи з умов технологічності.

Проведено теоретичний аналіз геометричних параметрів робочого органу та на його основі виведено аналітичні залежності для розрахунку і вибору раціональних конструктивних параметрів похилих плоских лопаток.

Вперше проведене математичне моделювання руху матеріалу по поверхні робочих плоских лопаток дозволило встановити вплив геометричних і кінематичних параметрів робочих органів та властивостей сипкого матеріалу на процес його транспортування.

Встановлено закономірності впливу конструктивних і технологічних параметрів розробленого перевантажувального патрубка та робочих органів на експлуатаційні параметри процесу транспортування сипких матеріалів і ступінь пошкодження зернового матеріалу.

Практичне значення отриманих результатів. За результатами теоретичних досліджень розроблено нову конструкцію перевантажувального патрубка та лопатевого робочого органу гвинтового конвейєра, а також обґрунтовано їх конструктивні та кінематичні параметри.

На основі проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень, на спеціально розробленій установці, встановлено закономірності взаємозв’язку між конструктивними та кінематичними параметрами перевантажувальних патрубків гвинтових конвейєрів, а також визначено експлуатаційні показники різних варіантів подаючих робочих органів.

Запропоновано методику для вибору раціональних параметрів і режимів роботи розроблених варіантів робочих органів та перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра.

Результати досліджень впроваджено в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня „бакалавр” з напрямку 6.091.902 „Механізація сільського господарства” для викладання дисциплін „Піднімально-транспортні машини” та „Сільськогосподарські машини” в Бережанському агротехнічному інституті НАУ.

Технічна новизна виконаних розробок захищена двома деклараційними патентами України на винахід і корисну модель.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи здобувачем отримані особисто. У теоретичних дослідженнях здобувачем виведено аналітичні залежності для визначення конструктивних і кінематичних параметрів перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра. Запропоновано нові технологічні схеми перевантажувальних патрубків та методику проведення досліджень [2]. В працях [4;5] внесок здобувача полягає в одержанні та обробці результатів експериментів. В працях [6;7] обґрунтовано конструктивні параметри робочих органів. За матеріалами дисертації отримано два деклараційні патенти України на винахід і корисну модель в яких частка співавторів є однаковою. Постановка задач, аналіз і трактування отриманих результатів виконані спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаних досліджень доповідались і обговорювались на VII, VIII та ІХ наукових конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (Тернопіль, 2003 - 2005), ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” Харківського державного технічного університету сільського господарства, (Харків, 2004), VI – міжнародній конференції „Сучасні проблеми землеробської механіки” присвяченій 105-й річниці від дня народження академіка П.М. Василенка (Київ, 2005), Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнародною участю „Екологічні аспекти охорони родючості ґрунтів і навколишнього середовища” (Бережани, 2006), розширеному засіданні наукового семінару кафедри технології машинобудування Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 12 наукових праць, з яких 7 – у фахових виданнях, 2 – деклараційні патенти України на винахід і корисну модель, 3 – у тезах наукових конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 134 назв та додатків. Основна частина викладена на 137 сторінках, містить 47 рисунків і 10 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет, методи досліджень і задачі, які розв’язуються у роботі, подано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі здійснено аналіз відомих способів транспортування сипких матеріалів в закритих кожухах, проведено огляд конструкцій робочих органів перевантажувальних патрубків гвинтових конвейєрів, а також проаналізовано результати відомих теоретичних і експериментальних досліджень.

У формування наукових основ теорії проектування гвинтових транспортуючих механізмів, а також розробки прогресивних конструкцій перевантажувальних патрубків та бункерів гвинтових конвейєрів з обґрунтуванням їх оптимальних параметрів вагомий вклад внесли вчені П.М. Василенко, А.М. Григор’єв, О.О. Омельченко, Р.Л. Зенков, Х. Герман, П.О. Преображенський, М.К. Штуков, С.М. Михайлов, К.Д. Ващагін, О.О. Тру-фанов, Б.М. Гевко, Р.М. Рогатинський, Р.Б. Гевко, М.І. Пилипець, Д.Л. Радик, Ю.Б. Капаціла, А.І. Пік, А.О. Вітровий, Р.Я. Лещук, І.О. Павлова та інші.

З проведеного огляду можна зробити висновок, що найбільш доцільним з точки зору збільшення довжини та зменшення навантажень на робочі органи технологічних магістралей для переміщення сипких матеріалів є застосування в гнучких гвинтових конвейєрах перевантажувальних патрубків з центральним приводом завантажувальної та вивантажувальної магістралей.

В результаті аналізу наукової та патентної літератури проведено теоретичне узагальнення та поставлено нову науково-прикладну задачу, яка полягає у підвищенні експлуатаційних показників процесу транспортування сипких матеріалів шляхом розробки нової конструкції перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра та робочих органів з обґрунтуванням їх раціональних конструктивних, кінематичних та технологічних параметрів.

У другому розділі проведено теоретичні дослідження процесу переведення сипкого матеріалу із завантажувальної на вивантажувальну магістраль в перевантажувальному патрубку, робочі органи якого розташовані в горизонтальній площині. Для реалізації поставленої задачі створено математичну модель процесу транспортування сипкого матеріалу у вигляді:

;

; (1)

,

де - кутова швидкість обертання транспортованого матеріалу; Т- крок шнека; - крок гвинтової лінії транспортування вантажу; - кутова швидкість обертання шнека;- коефіцієнт тертя транспортованого матеріалу по поверхні шнека з врахуванням капілярних явищ; - діаметр шнека; - осьова швидкість транспортування матеріалу.

У системі (1) прийнято, що для лівонавитих шнеків значення , а для правонавитих – .

Вказана математична модель придатна для швидкохідних шнеків, у яких коефіцієнт швидкохідності .

Вважатимемо, що вхід шнека у патрубок перпендикулярний до осі шнека і кидання вантажу здійснюється на половині відкритого витка направо при осьовій подачі від спостерігача, як зображено на рис. 1. Для правонавитого шнека, який обертається проти годинникової стрілки, кидання вантажу при вході у патрубок здійснюється знизу шнека, у випадку лівонавитого шнека кидання вантажу здійснюється зверху.

Рис. 1. Розрахункова схема для визначення характеру руху сипкого матеріалу

Для двох вказаних випадків виведено залежності для визначення точки кидання та швидкості вильоту частинки вантажу:

для правонавитої спіралі шнека: для лівонавитої спіралі шнека:

(2) (3)

де - координати точки відриву частинки від шнека; - складові швидкості частинки по відповідних осях; R=D/2 - радіус шнека.

Частинка здійснює рух із заданими початковими умовами до взаємодії з нижньою поверхнею патрубка за час , який визначається з умови її вільного падіння під дією прискорення земного тяжіння:

. (4)

Координати точки падіння частинки обчислено за залежностями:

(5)

Залежність координат точки падіння транспортованого вантажу від зміни різних параметрів робочих органів досліджено за допомогою програми, складеної на мові Delphi із графічним відображенням результатів.

Результати аналізу представлено у вигляді графічних залежностей (рис. , а – г).

Рис. 2. Залежність зони точок відриву матеріалу від робочої поверхні та падіння на поверхню патрубка при киданні лівонавитим шнеком:

а) від кутової швидкості; б) від кроку; в) від коефіцієнта тертя; г) від діаметра

З аналізу графічних залежностей (рис. 2, а) встановлено, що частинки транспортованого матеріалу викидаються на відстань 40 – 60мм (параметр Хр), що забезпечує їх потрапляння на приймальний (вивантажувальний) шнек без створення заторів. Додатне значення величини показує, що повздовжній напрямок польоту частинки матеріалу відбувається за напрямком транспортування матеріалу, тому, доцільним є взаємне осьове зміщення подаючого та приймального шнеків на величину наближену до половини кроку шнека. В результаті досліджень встановлено, що всередині перевантажувального патрубка повинно знаходитись близько двох витків кожного із шнеків, для забезпечення перевантаження матеріалу без заторів та пошкоджень.

З метою надійного транспортування сипкого матеріалу, який потрапляє з лівонавитого на приймальний шнек, останній слід виготовляти таким чином, щоб підчас його обертання матеріал захоплювався всередину робочого органу нижньої поверхні патрубка, тобто необхідно, щоб цей шнек був правонавитим.

В результаті аналізу графічних залежностей (рис. 2, б – г) встановлено, що важливу роль у покращенні процесу перевантажування відіграє крок шнека та коефіцієнт тертя матеріалу. Незначна залежність відстані кидання від діаметра шнека пояснюється тим, що для сталого кроку збільшення діаметра призводить до зменшення кута піднімання шнека.

Проведено теоретичне обґрунтування конструктивних параметрів лопатевого робочого органу, суть якого полягає у тому, що до вала прикріплено плоскі похилі лопатки, причому, в напрямку осі обертання їх периферійна поверхня має вигляд кола. Схему для розрахунку конструктивних параметрів плоскої лопатки, закріпленої на циліндричному валу, зображено на рис. 3.

Виведено аналітичні залежності для визначення радіуса внутрішньої , та зовнішньої крайки розгортки похилої лопатки, його ширини b та кута нахилу від біжучого кута :

; (6) ; (7)

; (8) , (9)

де r – радіус вала, R – радіус обертання зовнішньої крайки плоскої лопатки.

З аналізу даних залежностей встановлено, що в межах кута розгортки від 0? до 20?, а також від 50? до 90? ширина ребра b і радіус внутрішньої крайки розгортки ?1 змінюється несуттєво.

Встановлено, що різкіша зміна спостерігається в діапазоні ? = 20? - 50?. Тому, доцільно застосовувати плоскі похилі лопатки з дзеркальним відображенням відносно вертикалі в межах від 0? до 90? (повний діапазон 180?), оскільки сектори лопаток з кутовим кроком до 120? виготовляти не раціонально як з точки зору їх виготовлення (велика кількість), так із точки зору їх складання.

Таким чином, запропонована конструкція є технологічно найприйнятніша порівняно з відомими, та забезпечує стабільні типорозміри секції шнека за низької собівартості її виготовлення.

Проведено математичне моделювання руху сипкого вантажу по поверхні гвинтового конвейєра з плоскими лопатками, ділянку якої з вказаними зусиллями зображено на рис. 4.

Для вивчення процесу руху частинки зроблено певні припущення: частинка рухається у безвідривному режимі по лінії контакту лопатки та рівчака; швидкість обертання робочого органу відома та стала; частинка розглядається як масивна матеріальна точка; робоча поверхня є площиною, а поверхня рівчака - циліндр; всі частинки вантажу рухаються послідовно.

Під час руху частинки на неї діють певні сили, які забезпечують рух потоку вантажу. Кожна із поверхонь, на які спирається частинка, створює реакцію, напрямок якої перпендикулярний до цієї поверхні у точці контакту, а також силу тертя, вектор якої протилежний напрямку відносної швидкості частинки по цій поверхні.

Рис. 4. Розрахункова схема робочого органу конвейєра з плоскими похилими лопатками

Визначено рівняння руху частинки матеріалу в векторному вигляді:

, (10)

де , – відповідно нормальні сили реакції поверхонь лопатці та рівчака; , – сили тертя від дії сил та , ; F2=; - сила ваги частинки масою m; - прискорення частинки, а= dV/dt.

Записано рівняння (10) в розгорнутому вигляді:

, (11)

де ,, - коефіцієнти, що є функціями: t, , , які отримано в результаті спрощення (10); - кутове розміщення частинки матеріалу; ; ; - прискорення частинки як функції кутового параметра:

;

;

.

З метою спрощення отриманих залежностей із врахуванням умов транспортування рівняння руху (10) записано у вигляді:

(12)

де - кут напрямку відносної швидкості руху матеріалу у рівчаку, - кут піднімання лопатки у місці розташування частинки (змінний); та - відповідно коефіцієнти тертя матеріалу по поверхні лопатки та рівчака.

Після перетворень системи (12) отримано одне диференціальне рівняння зі змінною у вигляді:

(13)

Для проведення числового моделювання отриманого рівняння розроблено програму на мові „Delphi” з одержанням результатів обчислень у графічному вигляді. Застосовано числове інтегрування за методом Ейлера.

На рис. 5 зображено отримані числовим методом розрахункові параметри процесу транспортування для наступних постійних даних: D = 100мм;   рад/с; = 300; 1 = 0,3; 2 = 0,3.

Графік (рис. 5, а ) свідчить, що після розгону на початку руху частинка набуває швидкості в осьовому напрямку 1м/с і внаслідок цього проскакує певну кількість похилих лопаток. Як показують розрахунки, наступний контакт з робочою поверхнею відбувається через декілька обертів вала, причому, час контакту відносно малий і частинка знову самостійно рухається по рівчаку.

На рис. 5, б зображено графічні залежності швидкості частинки та робочої поверхні. Після розгону по поверхні лопатки частинка відривається від неї і рухається із затухаючою швидкістю до наступного контакту з поверхнею. Процес повторюється циклічно, поки частинка рухається у магістралі по поверхні лопатки. В момент контакту швидкості зрівнюються, і частинка знову відривається від поверхні лопатки, набуваючи значної швидкості в осьовому напрямку.

Рис. 5. Результати числового інтегрування рівнянь руху частинки:

а) залежності осьового і обертового переміщення; б) залежності лінійних швидкостей; в) залежності кутів повороту; г) залежності кутових швидкостей

На рис. 5, в зображено зміну кутів нахилу поверхні шнека та кута напрямку швидкості руху частинки в часі. Рис. 5, г ілюструє зміну кутової швидкості обертання частинки в процесі руху. Спочатку частинка швидко обертається у рівчаку ( = 14 рад/с), а потім її рух стабілізується при швидкості = 6 рад/с.

У третьому розділі викладено програму, методику та результати експериментальних досліджень, описано обладнання, пари робочих органів, експериментальна установка та методики проведення досліджень.

На основі проведених теоретичних досліджень розроблено конструкцію перевантажувального патрубка (рис. 6).

Рис.6. Конструктивна схема перевантажувального патрубка:

1  електродвигун, 2  проміжний вал, 3  перевантажувальний патрубок, 4  кожух, 5  вивантажувальна спіраль шнека, 6  привідний вал, 7  кожух, 8  завантажувальна спіраль шнека, 9 - вал шнека, 10 - плоскі пластини, 11 - сектор спіралі шнека, 12 - напрямна труба, 13 - клиноподібний виріз

Для вибору раціональної технологічної схеми переведення сипкого матеріалу в патрубку розглянуто різні варіанти напрямків їх перевантаження із завантажувальної магістралі на вивантажувальну (рис.7). В першому варіанті, у випадку застосування лівонавитої гвинтової спіралі (рис. 7, а), сипкий матеріал переміщується по нижній горизонтальній поверхні перевантажувального патрубка, для правонавитої гвинтової спіралі (рис. 7, б) – матеріал переміщується по верхній поверхні патрубка.

Рис. . Схеми напрямків перевантаження сипкого матеріалу в патрубку

Інші комбінації, перевантаження сипкого матеріалу в патрубку, можуть забезпечити різнонаправлені напрямки обертання спіралей для перевантаження із завантажувальної магістралі на вивантажувальну, в зоні пересипу (рис.7, в, г).

Для проведення досліджень з визначення експлуатаційних показників патрубка, розроблено та виготовлено експериментальну установку (рис. , а), а також три типи робочих органів (рис.8, б–г), які розташовано в перевантажувальному патрубку і забезпечують переведення матеріалів із завантажувальної магістралі на вивантажувальну.

Рис. 8. Загальний вигляд установки та гвинтових робочих органів для дослідження експлуатаційних показників перевантажувального патрубка:

а) загальний вигляд установки; б) комбінований шнек з бітером;

в) суцільний шнек; г) вал з похилими плоскими лопатками

За результатами експериментальних досліджень побудовано графічні залежності продуктивності патрубка Q від кількості обертів робочих органів n у випадку перевантаження сипких матеріалів. На рис. 9 і 10 представлено залежності Q = f(n).

Встановлено, що продуктивність перевантажувального патрубка Q пропорційно зростає із збільшенням частоти обертання робочих органів n. В діапазоні зміни кількості обертів робочих органів від 300 об/хв до 800 об/хв продуктивність збільшується в 2 – 2,4 рази.

Також спостерігається чітка закономірність зниження продуктивності патрубка Q залежно від зростання кута нахилу корпуса патрубка до горизонту. Особливо різке падіння продуктивності (на 45 – 55%) відбувається в діапазоні зміни кута від 20? до 30?.

Рис. 9. Залежності продуктивності Q від частоти обертання n гвинтових робочих органів для різних значень кута а нахилу патрубка до горизонту (1 - = 0; 2 - = 10;

3   ?; 4   ?) при транспортуванні пшениці | Рис. 10. Залежності продук-тивності Q від частоти обертання n гвинтових робочих органів для кута нахилу патрубка до горизонту  ? при транспортуванні: 1 – піску; 2 – гороху; 3 – пшениці; 4 – кукурудзи

За результатами експериментальних досліджень впливу „мертвих зон” в направляючих кожухах перевантажувального патрубка на переміщення матеріалу залежно від кінематичних параметрів робочих органів встановлено, що для величини зазору між торцем робочого органу та торцем направляючого кожуха (величина „мертвої зони”)= 60 мм дальність вильоту матеріалу з технологічної магістралі перевантажувального патрубка менша порівняно із зазором = 0 мм: на 20% для пшениці; 35%, для кукурудзи і гороху, та майже не відрізняється для піску.

Визначена енергомісткість процесу транспортування сипких матеріалів розробленим патрубком порівняно з традиційними, свідчить, що крутний момент на привід робочих органів при транспортуванні пшениці і піску менша на 2,5–5% при довжині транспортування 12 м.

На основі проведених експериментальних досліджень побудовано графічні залежності (рис.11) ступеня пошкодження насіннєвого зернового матеріалу від частоти обертання робочого органу.

Встановлено, що зростання кількості обертів n призводить до збільшення ступеня пошкодження зернового матеріалу , причому, чим більший кут нахилу перевантажувального патрубка до горизонту, тим більш інтенсивніше зростає . Збільшення діаметра шнека від 96 до 97 мм призводить до збільшення ступеня пошкодження матеріалу на 14 – 37 %.

а) б)

Рис. 11. Залежності ступеня пошкодження зернового матеріалу ? від частоти обертання n робочого органу з похилими лопатками при різних кутах нахилу ? перевантажувального патрубка до горизонту;–

= 0?; – = 10?; – = 20?; О – = 30?;

а) - D = 97 мм; б) - D = 96 мм

На основі проведення багатофакторного експерименту отримано регресійну залежність для визначення пошкодження насіннєвого матеріалу від зовнішнього діаметра суцільного шнека D, його частоти обертання n і кута нахилу перевантажувального патрубка до горизонту :

У = -30,7955 + 0,323D – 0,0040865n + 0,48647 + 0,00043Dn – 0,00483D. (12)

Встановлено, що в діапазоні зміни параметрів 96<D<98(мм); 300<n<700(об/хв) і 0<<30 (град) домінуючим фактором, який впливає на ступінь пошкодження зернового матеріалу, є величина зазору між поверхнею обертання робочого органу і кожухом, далі – кут нахилу перевантажувального патрубка до горизонту та частота обертання робочого органу.

У четвертому розділі представлено методику інженерного проектування перевантажувальних патрубків та робочих органів гвинтових конвейєрів, а також визначено їх економічну ефективність.

Наведено спрощені аналітичні залежності для визначення конструктивних параметрів патрубка, а також визначено раціональні значення кутів закріплення похилих плоских лопаток подаючого робочого органу.

Для конкретних значень параметрів робочого органу r = 23мм, R = 48мм, = 300, які використовують для транспортування сипкого матеріалу у кожусі діаметром D = 100 мм, наведено розрахункові значення радіусів розгортки лопаток залежно від біжучого кута розгортки (табл. 1).

Таблиця 1

Значення геометричних параметрів розгортки лопаток ,

Визначено величини усереднених осьової швидкості матеріалу та обертової швидкості матеріалу (табл. ) із зміною коефіцієнту тертя 0,2 - 0,6, що може мати місце під час транспортування різних матеріалів з врахуванням їх вологості та капілярного тертя.

Таблиця 2

Значення швидкостей матеріалу Vz і Vx та коефіцієнта тертя

Виробничі випробовування розробленого перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра показали, що ефективне транспортування зернового матеріалу спостерігалось при куті розташування корпуса патрубка до горизонту менше ніж 25?.

Визначено перспективні напрямки подальших досліджень з метою розширення функціональних та експлуатаційних показників перевантажувальних патрубків гвинтових конвейєрів, а також вирішення проблемних питань, які виявлені в процесі проведених досліджень.

Розрахунковий економічний ефект від зниження енергомісткості та матеріаломісткості перевантажувального патрубка становить 430 грн.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз результатів досліджень перевантажувальних патрубків гвинтових конвейєрів показав, що існуючі конструкції не в повній мірі задовольняють вимогам, які висуваються до їх функціональних та експлуатаційних показників, а саме характеризуються підвищеними енерговитратами на виконання технологічного процесу, складністю та високою матеріаломісткістю конструкції патрубків при їх значних габаритних розмірах, а також підвищеним пошкодженням сипких матеріалів.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та вирішення нової науково-прикладної задачі, яка полягає у покращенні експлуатаційних показників переведення сипкого матеріалу між технологічними магістралями шляхом розробки нової конструкції перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра та обґрунтування його конструктивних параметрів.

2. Виведено аналітичні залежності для визначення конструктивних параметрів лопатевого робочого органу і на основі їх аналізу встановлено, що в межах кута розгортки ? від 0? до 20?, а також від 50? до 90? ширина ребра b і радіус внутрішньої крайки розгортки ?1 змінюється несуттєво. Найбільш різка зміна спостерігається в діапазоні ? = 20? - 50?. Тому доцільно використовувати плоскі похилі лопатки з сектором розгортки 180?.

3. Вперше розроблена математична модель руху сипкого матеріалу по робочих плоских лопатках дозволила встановити, що матеріал на початку руху набуває достатньо великої швидкості в осьовому напрямку і наступний контакт з робочою поверхнею відбувається через декілька обертів, під час якого матеріал спочатку швидко обертається у рівчаку ( = 14 рад/с), а далі - рух стабілізується з відносно невеликою швидкістю обертання ( = 6 рад/с) з частотою обертання робочого органу = 52 рад/с. Кут закріплення плоских лопаток на валу повинен бути в межах = 30?5?.

4. На основі дослідження процесу перевантаження сипкого вантажу гвинтовими робочими органами встановлено, що частинки матеріалу викидаються подаючим шнеком в радіальному напрямі на відстань 40 - 60 мм, тому, доцільним є взаємне осьове зміщення подаючого та приймального шнеків на величину наближену до половини кроку спіралі. Окрім того, всередині перевантажувального патрубка повинно бути близько двох витків кожного із шнеків, для забезпечення перевантаження матеріалу без заторів та пошкоджень.

5. На основі проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень, а також аналізу технологічних схем можливих варіантів переміщення сипкого матеріалу у перевантажувальному патрубку, розроблено його конструкцію, комплекти подаючих робочих органів, а також виготовлено експериментальну установку і запропоновано методику проведення експериментальних досліджень.

6. Вперше в результаті проведених експериментальних досліджень встановлено, що продуктивність перевантажувального патрубка Q пропорційно зростає із збільшенням частоти обертання робочих органів n і зменшується із зростанням кута нахилу корпуса патрубка до горизонту. В діапазоні зміни n від 300 об/хв до 800 об/хв Q збільшується в 2 - 2,4 рази, а при зміні від 0? до 30? Q зменшується на 45 - 55%.

7. У результаті проведеного багатофакторного експерименту отримано рівняння регресії, з аналізу якого встановлено, що для розробленого перевантажувального патрубка в діапазоні зміни параметрів 96 < D < 98 (мм); 300 < n < 700 (об/хв) і 0 < < 30 (град) домінуючим фактором, який впливає на ступінь пошкодження зернового матеріалу є величина зазору між поверхнею обертання робочого органу та кожухом, далі - частота його обертання та кут нахилу перевантажувального патрубка до горизонту.

8. На основі проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень створено конкурентноздатні перевантажувальні патрубки гвинтових конвейєрів, проведено їх техніко-економічне обґрунтування, розроблено методику інженерного проектування робочих органів. Технічна новизна конструкцій захищена двома деклараційними патентами на винахід і корисну модель. Розрахунковий економічний ефект від впровадження перевантажувального патрубка в гнучкому гвинтовому конвейєрі зниженої матеріаломісткості та енергоємності становить близько 430 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Клендій М.Б. Розробка конструкції та обґрунтування параметрів лопатевого транспортера-змішувача // Науковий вісник Національного аграрного університету. Випуск 92, частина 2. - Київ, 2005. - С. 533 – 540.

2. Клендій М.Б., Гевко Р.Б. Методика досліджень нових типів перевантажувальних патрубків гвинтових конвейєрів //Збірник наукових праць Вінницького державного аграрного університету. Випуск 20. - Вінниця, 2005. - С. 190 – 195.

3. Клендій М.Б. Дослідження процесу перевантаження сипкого вантажу гвинтовими робочими органами // Вісник Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. Том 3.-Тернопіль, 2006. – С. 92 - 100.

4. Гевко Р.Б., Вітровий А.О., Клендій М.Б. Визначення експлуатаційних показників перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Випуск 44. – Харків, 2006. – С. 117 – 121.

5. Клендій М.Б., Гевко Р.Б. Результати експериментальних досліджень пошкодження насіннєвого матеріалу перевантажувальним патрубком гвинтового конвейєра.// Збірник наукових статей „Сільськогосподарські машини”. Випуск 14. - Луцьк, 2006. - С.109 – 114.

6. Рогатинська О.Р, Дудін Ю.В., Рогатинська Л.Р., Клендій М.Б. Оптимізація режимів роботи та конструктивних параметрів вертикальних гвинтових конвейєрів // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Випуск 44. – Харків, 2006. – С. 258 – 264.

7. Клендій М.Б., Новосад І.Я. До питання профілювання секцій гнучкого гвинтового конвейєра // Збірник наукових праць Житомирського державного технологічного університету. Випуск 4. – Житомир, 2006. – С. 136 – 142.

8. Клендій М.Б. Обґрунтування параметрів перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра // Матеріали сьомої наукової конференції Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2003. – С. .

9. Клендій М.Б. Стенд для досліджень перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра// Матеріали восьмої наукової конференції Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2004. – С. 9.

10. Клендій М.Б., Гевко Р.Б. Результати досліджень перевантажувального патрубка гнучкого гвинтового конвейєра // Матеріали наукової конференції Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2005. – С. 44.

11. Патент №59078А Україна, В65G33/16. Гвинтовий конвейєр / Клендій М.Б., Павлова І.О., Гевко Р.Б., Ткаченко І.Г. №2003010046; Заявл. 02.01.2003; Опубл. 15.08.2003; Бюл. №8. – 3с.

12. Патент №3843 Україна, В65G33/16. Робочий орган транспортера / Гевко Р.Б., Клендій М.Б., № - 2004032157; Заявл. 23.03.2004; Опубл. 15.12.2004; Бюл.№12. – 2с.

АНОТАЦІЯ

Клендій М.Б. Обґрунтування параметрів перевантажувального патрубка гвинтового конвейєра. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.05. – піднімально-транспортні машини – Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя Тернопіль, 2007.

У дисертаційній роботі представлені теоретичні та експериментальні дослідження розробленої конструкції перевантажувального патрубка з метою підвищення його експлуатаційних показників. Для вирішення поставлених задач виведено аналітичні залежності для визначення конструктивних і кінематичних параметрів робочих органів перевантажувального патрубка. Проведено аналіз лопатевого робочого органу і встановлено залежності взаємозв’язку між параметрами його робочих поверхонь. Проведено математичне моделювання руху сипкого матеріалу по робочих поверхнях шнеку з плоскими лопатками. Здійснено комплекс експериментальних досліджень для визначення основних конструктивних параметрів та експлуатаційних показників розробленої конструкції перевантажувального патрубка. Запропонована методика інженерного розрахунку та проектування лопаток робочого органу. Основні результати роботи реалізовано в дослідному зразку перевантажувального патрубка і робочого органу.

Ключові слова: транспортування, сипкий матеріал, гвинтовий конвейєр, перевантажувальний патрубок, шнек, лопатевий робочий орган.

АННОТАЦИЯ

Клендий М.Б. Обоснование параметров перегрузочного патрубка винтового конвейера. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.05 – подъемно-транспортные машины. – Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2007.

Диссертационная робота посвящена разработке, теоретическим и экспериментальным исследованиям перегрузочного патрубка винтового конвейера, а также лопастного рабочего органа с целью повышения его эксплуатационных показателей при общем уменьшении материалоемкости. Для решения поставленных задач проведен анализ существующих конструкций перегрузочных патрубков винтовых конвейеров с целью выявления их недостатков. Предложена конструкция перегрузочного патрубка винтового конвейера с горизонтальным расположением технологических магистралей, а также принципиальная схема лопастного рабочего органа. Проведены теоретические исследования процесса перевода сыпучего материала винтовым рабочим органом в горизонтальном перегрузочном патрубке, результаты которых учтены при проектировании его конструкции.

Выведены аналитические зависимости для определения конструктивных параметров лопастного рабочего органа и на основе графического анализа установлены границы его рациональных параметров.

Проведено математическое моделирование движения сыпучего материала по поверхности рабочего органа с плоскими лопастями, в результате которого определены кинематические параметры процесса транспортирования материала.

Проведен комплекс экспериментальных исследований для определения основных параметров и эксплуатационных показателей разработанной конструкции перегрузочного патрубка и рабочего органа. Для проведения экспериментов использовалось как стандартное оборудование, так и специально разработанное, которое соответствовало условиям исследуемых процессов, с использованием математического метода планирования эксперимента. Получено уравнения регрессии, которое позволяет оценивать влияние исследуемых факторов на повреждения сыпучего материала.

Разработана методика инженерного расчёта и проектирования конструктивных элементов рабочего органа. Представлены упрощённые аналитические зависимости и табличные данные для определения рациональных параметров разработанного рабочего органа.

Ключевые слова: транспортировка, сыпучий материал, винтовой конвейер, перегрузочный патрубок, шнек, лопастный рабочий орган.

ANNOTATION

Klendiy M.B. Substantiation of parameters of screw conveyer shifting branch pipe. - Manuscript.

Dissertation for the Candidate of Sciences degree (Engineering) in spesialism 05.05.05 - Lifting-and-Shifting Machinery. - Ternopil Ivan Pul’uj State Technical University, Ternopil, 2007.

Theoretical and experimental results of investigating the developed construction of shifting branch pipe to prove its operating characteristics are analyzed in this work. To solve the given tasks the analytical dependences for determining the structural and kinematical parameters of shifting branch pipe working bodies are developed. The mathematical modeling of moving the bulk material through the working surfaces of a screw with plane blades is carried out. Experimental investigations to determine the main structural parameters and operating characteristics of the developed construction of shifting branch pipe are conducted. The technique of engineering calculation and design of working body blades is proposed. The main results of this investigation are realized in an experimental sample of shifting branch pipe and working body.

Key words: shifting, bulk material, screw conveyer, shifting branch pipe, blade working body.

Підписано до друку 7 лютого 2007р.

Формат 60901/16. Папір офсетний. Друк на різографі.

Умов.-друк.арк.1,25. Обл.-вид. арк. 1,0. Зам. №014/07.

Тираж 100 примірників.

Віддруковано у видавництві “Вектор”

46009, Тернопіль, вул. Львівська, 1 тел. 43-61-01